Меню

Штиль и атмосферное давление

Что такое атмосферное давление?

В целом, это вес воздуха над вами. Точнее, давление толщи воздуха на поверхность Земли.

Если вы, например, взлетите на самолете, то воздуха над вами станет меньше. Поэтому давление с высотой уменьшается.

На Земле давление меняется из-за того, что неравномерно прогрет воздух.

Атмосферное давление – это давление веса воздуха на какую-то точку. Если воздух становится легче, то и давление на эту точку меньше.

Чем теплее воздух, тем он более легкий. Поэтому чем теплее воздух, тем меньше атмосферное давление.

А если воздух становится холоднее – то и давление увеличивается.

Почему теплый воздух более легкий?

При нагревании скорость движения молекул увеличивается => молекулы разлетаются на большее расстояние друг от друга => плотность нагретого воздуха становится меньше. Так как вес напрямую зависит от плотности, то чем меньше плотность, тем меньше вес.

Как измеряют давление

Атмосферное давление измеряют с помощью барометра. Классический ртутный барометр сделан как стеклянная трубка высотой около одного метра. Один конец открыт, другой герметизирован. Труба заполнена ртутью и установлена вверх дном в контейнере.

Когда вес ртути меньше атмосферного давления – уровень ртути в трубке поднимается, что означает высокое давление.

Когда вес ртути превышает атмосферное, уровень ртути падает. Это низкое давление.

Более современный барометр – анероидный. Он напоминает компас или часы.

Внутри анероидного барометра установлен небольшой гибкий металлический полый ящик, из которого выкачан воздух. Из-за того, что внутри ящика вакуум, небольшие изменения внешнего давления воздуха заставляют его стенки расширяться или сжиматься.

Движение стенок этого ящика отражается на рычагах, которые, в свою очередь, перемещают иглу. Эта игла и отображает данные об изменении давления на циферблате барометра.

Барометры часто оснащены «запоминающей иглой». Вы сами устанавливаете ее на текущем показателе давления. При следующей проверке будет видно, что произошло с давлением.

Сегодня мы не будем разбирать, что такое миллибары или паскали, пока что достаточно будет запомнить:

Нормальное значение атмосферного давления на уровне моря – это 760 мм ртутного столба, или 1013 миллибар, или 1013 Гектопаскалей.

Прогноз погоды с помощью барометра

Если вы знаете показатели атмосферного давления, то можете прогнозировать погоду на ближайшие 12-24 часа. Если давление изменилось хотя бы на четверть Гектопаскаля, то уже следует ожидать перемен в погоде.

• Области высокого давления предвещают ясное небо и спокойную погоду.

Если на улице пасмурно, то резкий подъем давления говорит о том, что погода скоро станет солнечной.

• А вот в областях низкого давления лучше растут облака, чаще выпадают осадки.

Если на улице солнечная погода, а график давления показывает резкое падение, то будет дождь, либо густая облачность.

Быстрое падение давления (более 3 Гектопаскалей за 3 часа) означает, что следует ожидать шторма. Чем быстрее падает давление, тем скорее ухудшается погода.

Атмосферное давление и ветер

Воздушные массы всегда стремятся переместиться из областей с более высоким давлением в области с более низким. Это движение воздуха относительно земной поверхности мы и называем ветром.

Перепад давления — единственное, что придает воздуху ускорение. Чем быстрее меняется давление от места к месту, тем больше скорость ветра. Все другие силы, например, трение — только снижают скорость ветра и/или меняют его направление.

Если давление резко меняется, стоит ожидать усиление ветра.

Источник

ВЕТРОВЫЙ РЕЖИМ И АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ

Преобладание того или иного румба зависит от особенностей атмосферной циркуляции над регионом, что определяется в первую очередь наличием и локализацией центров действия атмосферы. В зимнее время это исландский и алеутский минимумы и азиатский максимум, а летом — азорский и тихоокеанский максимумы. На преобладающее направление ветра оказывают влияние макро- и мезомасштабные особенности рельефа отдельного региона [1].

Читайте также:  Давление наддува турбины фиат дукато

В январе на территории Кирова преобладает южное направление ветра (21 %) (прил., табл. 4). Это объясняется расположением на востоке европейской части страны западного отрога азиатского антициклона.

На Дальнем Востоке направление основных ветровых потоков определяется взаимодействием северо-восточного отрога азиатского антициклона, протягивающегося вдоль восточной окраины Азиатского материка, и алеутского минимума. Таким образом, на территории Магадана в январе господствующими являются ветры, направленные от материка к океана, — зимний муссон. Преобладает северо-восточное направление ветра (58 %) (рис. 2.1, прил., табл. 6) [3].

Рис. 2.1. Преобладающее направление ветра в январе на территории Магадана

В июле на месте азиатского максимума располагается обширная барическая депрессия. Деятельность исландского минимума резко ослабляется. Интенсивное развитие получает азорский максимум. Ось его восточного отрога распространяется с запада на восток. Таким образом, распределение июльских изобар обратно зимнему. Их направление близко к меридиональному. Атмосферное давление растет с востока и северо-востока на запад и юго-запад. Барическое поле в июле выражено менее четко, чем зимой, градиенты давления незначительны. Поэтому ветры у поверхности земли ослабевают и становятся менее устойчивыми по направлению [1].

На территории Кирова в июле преобладают ветры с северной составляющей (20 %) (прил., табл. 4) [3].

Летние циркуляционные процессы на Дальнем Востоке развиваются в результате взаимодействия тихоокеанского субтропического максимума, занимающего летом наиболее северное положение, и барической депрессии на материке. Таким образом, преобладают потоки, направленные с океана на материк, — летний муссон. На территории Магадана в июле преобладает западное направление ветра (44 %) (рис. 2.2, прил., табл. 6) [4].

Рис. 2.2. Преобладающее направление ветра в июле на территории Магадана

Максимальная скорость ветра

Максимальная скорость ветра в районе Кирова достигает 24 м/с, в районе Магадана 38 м/с. Различия обусловлены незначительной шероховатостью поверхности Охотского моря, не оказывающего тормозящего действия на воздушный поток. Влияние морских акваторий быстро затухает по мере продвижения в глубь материка, поэтому на территории Кирова значения максимальной скорости уменьшаются.

Максимальные январские значения скорости составляют в Кирове 20 м/с, в Магадане 34 м/с. Максимальные июльские значения скорости составляют в Кирове 16 м/с, в Магадане 24 м/с. Таким образом, наблюдается тенденция к уменьшению максимальной скорости ветра в летнее время. Это обусловлено тем, что хорошо развитый травяной покров и листва на деревьях оказывают сопротивление воздушному потоку и способствуют уменьшению скорости ветра в летнее время. Зимой шероховатость уменьшается за счет снежного покрова [1].

Максимальные порывы ветра

Максимальные порывы ветра увеличиваются при движении от материка к океану.

Максимальные порывы ветра на территории Кирова составляют 30 м/с, на территории Магадана 40 м/с. Наибольшие значения максимальных порывов ветра в Магадане обусловлены зоной больших барических градиентов [1].

Слабый ветер и штиль

Основными факторами, обусловливающими слабую скорость ветра, являются особенности атмосферной циркуляции и характер подстилающей поверхности. Район Магадана имеет открытые условия местоположения метеорологической станции, усиленную циклоническую деятельность и большие градиенты давления, что объясняет относительно низкую повторяемость слабой скорости ветра. Территория Кирова представляет собой континентальный район средней открытости, где при возрастающей общей защищенности повторяемость слабого ветра увеличивается до 30 %.

На территории Кирова зимний максимум давления воздуха искажает простой годовой ход повторяемости слабого ветра. Летний максимум приходится на август, а зимой вместо минимума появляется второй максимум, вызванный распространением в это время к западу отрога азиатского антициклона, ослабляющего атмосферную циркуляцию. Зимний максимум приходится на февраль, а наступление двух минимумов приурочено ко времени осеннего усиления и весеннего ослабления отрога высокого давления.

Читайте также:  Паропровод высокого давления это

Территория Магадана находится под влиянием алеутского минимума, развивающегося в зимнее время. Максимум годового хода слабого ветра приходится на июль — август, а минимум наблюдается в январе.

На территории Магадана наблюдается от 150 до 449 дней со штилями за год, тогда как в Кирове число дней со штилями составляет менее 150. Подобные различия обусловлены малой шероховатостью водной поверхности и активной циклонической деятельностью, связанной с исландским минимумом давления на территории Магадана [1].

Источник

Атмосферное давление

Атмосферное давление
p <\displaystyle \ p>
Размерность L −1 MT −2
Единицы измерения
СИ Па
СГС дин·см -2
Примечания
скаляр

Атмосфе́рное давле́ние — давление атмосферы, действующее на все находящиеся в ней предметы и на земную поверхность, равное модулю силы, действующей в атмосфере на единицу площади поверхности по нормали к ней [1] . В покоящейся стационарной атмосфере давление численно равно весу вышележащего столба воздуха на основание с площадью, равной единице. Атмосферное давление является одним из термодинамических параметров состояния атмосферы, оно изменяется в зависимости от места и времени [2] . Давление — величина скалярная, имеющая размерность L −1 MT −2 , измеряется барометром.

Единицей измерения в Международной системе единиц (СИ) является паскаль (русское обозначение: Па; международное: Pa). Кроме того, в Российской Федерации в качестве внесистемных единиц давления допущены к использованию бар, миллиметр ртутного столба, миллиметр водяного столба, метр водяного столба, килограмм-сила на квадратный сантиметр и атмосфера техническая [3] . Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 °C, называется нормальным атмосферным давлением ( 101 325 Па ) [2] . С высотой атмосферное давление уменьшается. Например, горная болезнь начинается на высоте около 2-3 км, а атмосферное давление на вершине Эвереста составляет примерно 1/4 от показателя на уровне моря.

Содержание

История

Наличие атмосферного давления привело людей в замешательство в 1638 году, когда не удалась затея герцога Тосканского украсить сады Флоренции фонтанами — вода не поднималась выше 10,3 метров. Поиски причин этого и опыты с более тяжёлым веществом — ртутью, предпринятые Эванджелистой Торричелли, привели к тому, что в 1643 году он доказал, что воздух имеет вес [5] . Совместно с В. Вивиани, Торричелли провёл первый опыт по измерению атмосферного давления, изобретя первый ртутный барометр — стеклянную трубку, в которой нет воздуха. В такой трубке ртуть поднимается на высоту около 760 мм [6] .

Изменчивость и влияние на погоду

На земной поверхности атмосферное давление изменяется от места к месту и во времени. Особенно важны определяющие погоду непериодические изменения атмосферного давления, связанные с возникновением, развитием и разрушением медленно движущихся областей высокого давления (антициклонов) и относительно быстро перемещающихся огромных вихрей (циклонов), в которых господствует пониженное давление. Отмечены колебания атмосферного давления на уровне моря в пределах 641 — 816 мм рт. ст. [7] (внутри смерча давление падает и может достигать значения 560 мм ртутного столба) [8] .

В стационарных условиях атмосферное давление уменьшается по мере увеличения высоты, поскольку оно создаётся лишь вышележащим слоем атмосферы. Зависимость давления от высоты описывается барометрической формулой [9] .

На картах атмосферное давление изображается с помощью изобар — изолиний, соединяющих точки с одинаковым приземным атмосферным давлением, обязательно приведенным к уровню моря [10] .

Атмосферное давление — очень изменчивый метеоэлемент. Из его определения следует, что оно зависит от высоты соответствующего столба воздуха, его плотности, от ускорения силы тяжести, которая меняется от широты места и высоты над уровнем моря.

1 Па = 0,0075 мм рт. ст., или 1 мм рт. ст. = 133,3 Па

Стандартное давление

В химии стандартным атмосферным давлением с 1982 года по рекомендации IUPAC считается давление, равное 100 кПа [11] . Атмосферное давление является одной из наиболее существенных характеристик состояния атмосферы. В покоящейся атмосфере давление в любой точке равно весу вышележащего столба воздуха с единичным сечением.

В системе СГС 760 мм рт. ст. эквивалентно 1,01325 бар (1013,25 мбар) или 101 325 Па в Международной системе единиц (СИ).

Уравнение статики выражает закон изменения давления с высотой:

Барическая ступень

Высота, на которую надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 гПа (гектопаскаль), называется «барической (барометрической) ступенью». Барической ступенью удобно пользоваться при решении задач, не требующих высокой точности, например, для оценки давления по известной разности высот. Считая, что атмосфера не испытывает существенного вертикального ускорения (то есть находится в квазистатическом состоянии), из основного закона статики получаем, что барическая ступень h <\displaystyle h> равна:

h = − Δ z / Δ p = 1 / g ρ . <\displaystyle h=-\Delta z/\Delta p=1/g\rho .>

При температуре воздуха 0 °C и давлении 1000 гПа, барическая ступень равна 8 м/гПа. Следовательно, чтобы давление уменьшилось на 1 гПа, нужно подняться на 8 метров.

С ростом температуры и увеличением высоты над уровнем моря она возрастает (в частности, на 0,4 % на каждый градус нагревания), то есть она прямо пропорциональна температуре и обратно пропорциональна давлению. Величина, обратная барической ступени, — вертикальный барический градиент, то есть изменение давления при поднятии или опускании на 100 метров. При температуре 0 °C и давлении 1000 гПа он равен 12,5 гПа .

Приведение к уровню моря

Многие метеостанции рассылают так называемые «синоптические телеграммы», в которых указывается давление, приведённое к уровню моря (см. КН-01, METAR). Это делается для того, чтобы давление было сравнимо на станциях, расположенных на разных высотах, а также для нужд авиации. Приведённое давление используется также и на синоптических картах.

При приведении давления к уровню моря используют сокращенную формулу Лапласа:

z 2 − z 1 = 18400 ( 1 + λ t ) lg ⁡ ( p 1 / p 2 ) . <\displaystyle z_<2>-z_<1>=18400(1+\lambda t)\lg(p_<1>/p_<2>).>

То есть, зная давление и температуру на уровне z 2 <\displaystyle z_<2>> , можно найти давление p 1 <\displaystyle p_<1>> на уровне моря z 1 = 0 <\displaystyle z_<1>=0> .

Вычисление давления на высоте h <\displaystyle h> по давлению на уровне моря P 0 <\displaystyle P_<0>> и температуре воздуха T <\displaystyle T> :

P = P 0 e − M g h / R T , <\displaystyle P=P_<0>e^<-Mgh/RT>,>

где P 0 <\displaystyle P_<0>> — давление Па на уровне моря [Па];
M <\displaystyle M> — молярная масса сухого воздуха, M = 0,029 кг/моль;
g <\displaystyle g> — ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²;
R <\displaystyle R> — универсальная газовая постоянная, R = 8,31 Дж/моль·К;
T <\displaystyle T> — абсолютная температура воздуха, К, T = t + 273 , 15 <\displaystyle T=t+273,15> , где t <\displaystyle t> — температура Цельсия, выражаемая в градусах Цельсия (обозначение: °C);
h <\displaystyle h> — высота, м.

На небольших высотах каждые 12 м подъёма уменьшают атмосферное давление на 1 мм рт. ст. На больших высотах эта закономерность нарушается [5] .

Более простые расчёты (без учёта температуры) дают:

P = P 0 ( 0 , 87 ) h = P 0 ⋅ 10 − 0 , 06 h , <\displaystyle P=P_<0>(0,87)^=P_<0>\cdot 10^<-0,06h>,>

Измерения и расчёт показывают в полном согласии, что при подъёме над уровнем моря на каждый километр давление будет падать на 0,1 долю; то же самое относится и к спуску в глубокие шахты под уровень моря — при опускании на один километр давление будет возрастать на 0,1 своего значения.

Речь идёт об изменении на 0,1 от значения на предыдущей высоте. Это значит, что при подъёме на один километр давление уменьшается до 0,9 (точнее 0,87 [прим 1] ) от давления на уровне моря.

В прогнозах погоды и сводках, распространяемых для населения через интернет и по радио, используется неприведённое давление, то есть, фактическое давление на уровне местности.

Источник

Adblock
detector